Recherches en cours

1. Référentiels spatiaux dans le cortex pariétal du singe

Un des objectifs de nos travaux actuels est la compréhension des mécanismes corticaux sous-jacents à la perception de l'espace et du mouvement. Nous avons ainsi pu démontrer, en particulier, que plusieurs référentiels spatiaux sont inscrits simultanément dans le cortex pariétal, certains permettant le passage direct des coordonnées rétiniennes aux coordonnées oculocentriques servant à l'orientation du regard, d'autres permettant la représentation explicite des objets en coordonnées centrées sur la tête (Duhamel et al., 1997) et possiblement sur le corps ou même l'environnement. Dans ce cadre, deux grandes lignes de recherche sont actuellement poursuivies :
(1) Une approche électophysiologique (menée par Marie Avillac) visant à décrire au niveau des neurones multisensoriels de l'aire intrapariétale ventrale VIP, le lien entre les repères d'encodage de l'information visuelle et de l'information tactile : y a-t-il une correspondance entre les référentiels spatiaux au niveau d'un même neurone ? au niveau de la population de neurones ? comment ces référentiels sont-ils intégrés en vue de la production d'un comportement orienté dans l'espace ou vers le corps ?
(2) Une approche computationnelle (menée en collaboration avec Sophie Denève et Alexandre Pouget, Univ. Rochester, USA) visant à modéliser les représentations spatiales grâce à un réseau de neurones formels. Des données préliminaires montrent que les propriétés émergentes du réseau proposé reproduisent certaines caractéristiques des champs récepteurs multisensoriels des neurones pariétaux. Ce résultat ouvre des perspectives théoriques et expérimentales très intéressantes. Les développements ultérieurs du modèle aborderont les phénomènes d'apprentissage des transformations visuomotrices, i.e. la finalité comportementale du codage spatial, les contraintes liés à la programmation et au guidage du mouvement d'un effecteur ainsi que la généralisation des principes mathématiques qui sont à la base du codage par population.

2. Rôle du cortex pariétal dans l'attention spatiale sélective

Le deuxième axe de recherche s'articule autour du rôle du cortex pariétal dans la dynamique de l'attention visuelle et les liens fonctionnels entre celle-ci et les comportements de saccade et de fixation oculaire. Ceci est abordé par des techniques d'enregistrements électrophysiologiques ainsi que par des techniques d'inactivations focales réversibles.
(1) Pour mesurer l'implication de l'aire LIP dans ces mécanismes d'attention sélective, nous avons réalisé une inactivation réversible par injection de muscimol de cette aire chez des singes entraînés sur deux types de tâches (expériences menées par Claire Wardak) : une tâche permettant de mesurer la présence possible d'une extinction et une tâche de recherche visuelle (Wardak et al., 2002). L'inactivation de LIP provoque des déficits sélectifs dans ces deux tâches en dehors de toute modification des caractéristiques de latence et de précision des saccades oculaires. Ces déficits peuvent être interprétés en terme d'un déficit attentionnel dans le codage de la saillance. L'effet de l'inactivation de LIP sur une tâche de recherche visuelle "covert", i.e. sans mouvements oculaires est en cours d'étude afin de déterminer si ce rôle attentionnel de LIP ne s'exprime que dans le cadre d'un système oculomoteur ou s'il s'étend à d'autre systèmes effecteurs. Cette expérience ouvre la voie de la recherche des aires impliquées dans différents aspects attentionnels chez le singe, permettant de mieux comprendre certains déficits associés aux lésions pariétales chez l'homme tel que le syndrome de héminégligence spatiale.
(2) Afin d'aborder spécifiquement la problématique des interactions entre les aires corticales impliquées dans l'attention et l'analyse visuelle, et le rôle modulateur des traitements de type " top down " dans le système visuel en tant que mécanisme clé de l'attention sélective, nous réalisons des inactivations réversibles de LIP tout en enregistrant l'activité neuronale dans l'aire visuelle V4, pendant que le singe est engagé dans une tâche aux contraintes attentionnelles fortes (expériences menées pas Alexandre Zénon).
(3) Enfin, dans le but de préciser les bases neuronales du lien entre orientation de l'attention et orientation du regard nous étudions l'interférence entre des tâches exigeant un engagement précis de l'attention spatiale et une orientation forcée du regard par des stimulations de LIP (projet mené par Suliann Ben Hamed). En même temps, nous étudions les caractéristiques d'encodage neuronale de l'attention spatiale au niveau populationnel en vue de proposer un mécanisme d'intégration entre informations sensorielles et attentionnelles en accord avec les effets comportementaux de l'orientation de l'attention.

3. Intégration multisensorielle dans le cortex pariétal

La capacité à combiner et intégrer des informations sensorielles simultanément puisées à différentes sources est critique pour qu'émerge une représentation unifiée de l'environnement et pour produire des comportements adaptés à ses contraintes. Dans le système nerveux central, la convergence de plusieurs informations n'a fait l'objet d'études approfondies que dans le colliculus supérieur (Stein et Meredith, 93). Nous proposons l'idée que l'aire VIP intégre au niveau du neurone individuel des informations de différentes modalités. Par une approche d'électrophysiologie classique, nous analysons les réponses neuronales afin de voir si les neurones bimodaux visuo-tactiles et visuo-auditifs de VIP ont la capacité de modifier leur activité quand ces stimuli sont présentés conjointement (expériences menées par Marie Avillac). Le produit de l'intégration multisensorielle dans VIP sera également analysé au plan comportemental après inactivation réversible par injection de muscimol.

4. Imagerie tridimensionnelle du cerveau par ultrasons

La recherche sur les fonctions du cerveau utilise depuis de nombreuses années des méthodes qui nécessitent l'insertion d'instruments tels que microélectrodes et canules dans le tissu nerveux in vivo. A ce jour, aucune technique d'imagerie ne permettait d'obtenir des informations en temps réel sur la localisation des ces instruments au sein des structures visées et dans le contexte même du laboratoire. Ceci constitue un inconvénient majeur pour les recherches de longue durée, notamment dans le domaine de la neurobiologie des systèmes intégrés qui étudie les mécanismes nerveux du comportement, de la perception, de la mémoire, etc., le plus souvent chez des animaux vigiles tels que rats, chats ou primates. En collaboration avec le laboratoire CREATIS (CNRS-INSA), nous avons entrepris de développer un outil d'imagerie par échographie du cerveau du primate qui sera destiné à l'analyse structurale in vivo et au positionnement des instruments de mesure de l'activité neuronale. Le travail en cours porte notamment sur l'optimisation du système d'imagerie en terme de résolution spatiale de la méthode, afin de distinguer précisément matière blanche (axones) et matière grise corticale (soma des cellules nerveuses) et sur la corégistration des images ultrasonores volumiques et d'image IRM.

- Angela Sirigu (CNRS Lyon, France) 1998-: Neuropsychologie de l'imagerie motrice

- Frank Bremmer (Marburg, Allemagne) 2000-: Intégration multisensorielle dans le cortex pariétal

- Alexandre Pouget (Univ. Rochester, USA) 2001- : Approche computationelle des transformation sensorimotrices

- Christian Cachart (CREATIS, CRNS-INSA Lyon, France) 2000- : Echographie cérébrale chez le primate

- Stanislas Dehaenne (CEA, Orsay), 2001- : Bases neurales de la représentation des quantités numériques chez le primate

- Eric Castet, Guillaume Masson (CNRS Marseille, France) 2001- : neurophysiologie et psychophysique de l'attention sélective

Fondation pour la Recherche Médicale : Aide à la création d'une jeune équipe. 1998

Réseau GIS-Sciences de la Cognition : " mécanisme cérébraux de la perception de la récompense " en coll. avec A. Sirigu, (CNRS, Lyon) et Y. Burnod, (INSERM, Paris). 1998

Région Rhône-Alpes : Programme émergence " Imagerie ultrasonore cérébrale chez l'animal ", en coll. avec C. Cachart (CREATIS, CNRS-INSA, Lyon). 2001

ACI Neurosciences intégratives et computationelles: " Modulation dynamique du traitement des informations visuelles par l'attention selective ", en coll. avec E. Castet et G. Masson, (CNRS, Marseille). 2001

Sirigu A, Duhamel JR. Motor and visual imagery as two complementary but neurally dissociable mental processes.
J Cogn Neurosci. 2001;13(7):910-9. (pdf)

Ben Hamed S, Duhamel JR, Bremmer F, Graf W. Representation of the visual field in the lateral intraparietal area of macaque monkeys: a quantitative receptive field analysis. Exp Brain Res. 2001;140(2):127-44. (pdf)

Bremmer F, Schlack A, Duhamel JR, Graf W, Fink GR. Space coding in primate posterior parietal cortex. Neuroimage. 2001;14(1 Pt 2):S46-51. (pdf)

Bremmer F, Duhamel JR, Ben Hamed S, Graf W. Stages of self-motion processing in primate posterior parietal cortex. Int Rev Neurobiol. 2000; 44:173-98. Review.

Publications de l'équipe, antérieures à 2000.

Bremmer F, Graf W, Ben Hamed S, Duhamel JR. Eye position encoding in the macaque ventral intraparietal area (VIP). Neuroreport. 1999, 10(4):873-8.

Duhamel JR, Bremmer F, BenHamed S, Graf W. Spatial invariance of visual receptive fields in parietal cortex neurons. Nature. 1997, 389(6653):845-8. (pdf)

Marco Neppi-Modona, post-doctorant (2000-2001), aujourd'hui chargé de recherche au département de psychologie de l'Université de Turin, Italie .

Stéphanie Lacour, DEA de neuropsychologie (2000-2001).

Sophie Denève, aujourd'hui PhD, post-doctorante au Gatsby Computational Neuroscience Unit à Londres (Directeur, Peter Dayan) (1998-2000).

Audrey Bihouée, DEA de neuropsychologie (1998-1999).